Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Dans cet article, les concepts généraux du développement de structures sont illustrés par quatre exemples, qui correspondent à des influences différentes des paramètres de mise en forme sur la microstructure. Dans l'extrusion de film à plat, la cristallisation se produit après cessation de l'écoulement. Au contraire, dans le filage ou le soufflage de gaine, elle se produit pendant l'écoulement. Dans le procédé d'injection, des situations très différentes sont rencontrées en fonction de la localisation à l'intérieur de la pièce.
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Jean-Marc HAUDIN : Ingénieur civil des Mines - Docteur ès sciences - Professeur à MINES ParisTech
INTRODUCTION
Le développement des structures, dont les concepts généraux ont fait l’objet de l’article [AM3120], est un domaine de plus en plus important dans la mise en forme des polymères, dans le but de maîtriser les propriétés finales des produits. Par développement de structures, on désigne, au sens large, l’ensemble des phénomènes se produisant lors de la transition entre le polymère fondu initial et l’état final très souvent semi-cristallin, ce qui inclut :
-
la cristallisation, qui se produit dans des conditions complexes sur le plan géométrique (parois des outillages,) mécanique (écoulement, pression) et thermique (vitesses de refroidissement, gradients thermiques) ;
-
l’orientation ; de l’orientation de la phase fondue à l’orientation finale des phases amorphe et cristalline.
Les nombreux résultats expérimentaux obtenus dans des expériences de laboratoire, la caractérisation des produits finis ou des mesures en ligne permettent de proposer une description générale de la cristallisation des polymères dans les procédés de mise en forme. Les concepts généraux ainsi dégagés dans l’article [AM3120] sont appliqués dans cet article à quatre procédés, qui correspondent à des influences différentes des paramètres de mise en forme sur la microstructure. Ainsi, dans l’extrusion de film à plat, la cristallisation se produit après cessation de l’écoulement. Au contraire, dans le filage ou le soufflage de gaine, elle se produit pendant l’écoulement. Dans le procédé d'injection, des situations très différentes sont rencontrées en fonction de la localisation à l’intérieur de la pièce.
La simulation numérique est un outil efficace pour interpréter et prédire les phénomènes couplés intervenant dans le développement de structures. Elle passe par l’introduction d’une loi de cristallisation dans un modèle thermomécanique du procédé. L’exemple présenté ici concerne l’extrusion de film à plat.
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3. Soufflage de gaine
3.1 Présentation du procédé
Le soufflage de gaine est le principal procédé de fabrication de films plastiques [AM3702]. Il est essentiellement dédié au PE, avec des applications majeures dans l’emballage et dans l’agriculture.
Dans ce procédé, décrit sur la figure 9, le polymère fondu est extrudé à travers une filière annulaire, qui lui donne la forme d’un tube. Ce tube est étiré longitudinalement par un système de rouleaux pinceurs. Simultanément, un certain volume d’air emprisonné à l’intérieur du tube assure son gonflage, c’est-à-dire son étirage transversal, sous la forme d’une bulle (ou gaine). La gaine est refroidie par de l’air, soufflé sur sa surface externe par un anneau de refroidissement, plus ou moins sophistiqué. Des dispositifs de refroidissement interne ont également été développés. À partir d’une certaine hauteur (hauteur de figeage), la gaine est solidifiée et garde un diamètre constant. Elle est enfin mise à plat et bobinée.
Les principaux paramètres du procédé sont donc :
-
le taux de gonflage Bur (Blow-up ratio), rapport du rayon final de la gaine au rayon de la filière,
-
le taux d’étirage Dr (Draw ratio), rapport de la vitesse d’enroulement des rouleaux à la vitesse de la matière en sortie de filière,
-
la hauteur de figeage Flh (Freeze line height), hauteur à laquelle la matière se solidifie.
En soufflage de gaine, la cristallisation du polymère se produit sous l’effet d’un biétirage. L’orientation biaxiale générée dans les films requiert des traitements plus sophistiqués qu’en filage ...
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Soufflage de gaine
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - COTTO (D.), DUFFO (P.), HAUDIN (J.M.) - Cast film extrusion of polypropylene films - . Int. Polym. Proc., 4, p. 103-113 (1989).
-
(2) - DUFFO (P.), MONASSE (B.), HAUDIN (J.M.) - Cast film extrusion of polypropylene.Thermomechanical and physical aspects - . J. Polym. Eng., 10, p. 151-229 (1991).
-
(3) - JAY (F.), MONASSE (B.), HAUDIN (J.M.) - Memory Effects in Crystallisation of Polypropylene during Cast Film Extrusion. - Int. J. Forming Processes, 1, p. 75-95 (1998).
-
(4) - LOZANO (T.), LARIA (J.), LAFLEUR (P.G.), SÁNCHEZ-VALDÉS (S.), RODRIGUEZ-GONZÁLEZ (F.), MORALES-CEPEDA (A.B.) - Beta phase in polypropylene induced by shear in a single-screw extruder - . Polym. Eng. Sci., 52, p. 1672-1677 (2012).
-
(5) - DUFFO (P.) - Étude théorique et expérimentale du procédé de fabrication de films minces de polypropylène par extrusion-biétirage - . Thèse de Doctorat, École Nationale Supérieure des Mines de Paris (1990).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Les simulations mentionnées concernent essentiellement des travaux de laboratoire, utilisant souvent des logiciels « maison ». Toutefois, certains travaux ont utilisé des logiciels commerciaux ou ont été financés par des concepteurs de codes, même si ces développements n’ont pas encore été intégrés dans les versions commercialisées. De plus, même si les logiciels commerciaux ne sont pas spécifiquement dédiés au développement de structures, ils peuvent rendre des services estimables en déterminant les conditions mécaniques et thermiques de ce développement de structures. On peut donc citer un certain nombre de logiciels utilisés en mise en forme des polymères :
POLYCAD® Software Suite http://www.polydynamics.com/
ANSYS POLYFLOW http://www.ansys.com/Products/
et spécifiquement en injection
Rem3D® http://www.transvalor.com/fr/
Autodesk®Simulation Moldflow® http://www.autodesk.fr/products/simulation-moldflow/
Cadmould® 3D-F http://www.cadflow.fr
Moldex3D http://www.moldex3d.com/
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